JP3784232B2 - Stereolithography apparatus and stereolithography method - Google Patents
Stereolithography apparatus and stereolithography method Download PDFInfo
- Publication number
- JP3784232B2 JP3784232B2 JP2000065006A JP2000065006A JP3784232B2 JP 3784232 B2 JP3784232 B2 JP 3784232B2 JP 2000065006 A JP2000065006 A JP 2000065006A JP 2000065006 A JP2000065006 A JP 2000065006A JP 3784232 B2 JP3784232 B2 JP 3784232B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- liquid crystal
- crystal panel
- modeling
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光造形装置及び光造形方法に係り、特に、可視光光源及び液晶パネルを用いて、造形対象物(例えば、樹脂)の3次元形状を非積層・一体で光造形する光造形装置及び光造形方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光造形技術は、例えば、医療や工業の分野での製品又は部品形状の試作や小規模生産のための簡易型作成などの分野で広く用いられており、高精度化や適用分野の拡大に対する期待が高まってきている。また、光造形技術は、様々な分野で利用される技術であるため、対象となる製作物の形状や寸法、材質も多様となる。
【0003】
また、一般に、工業製品等の新製品開発において、リードタイムの短縮が重要である。製品及びその部品は、通常CADで設計されて、開発段階で試作品を正確に早く作成することが望まれる。従来より、3次元CADデータに基づくNC工作機械による加工で、製品又は部品を直接切削する技術の他に、積層造形法によるラピッドプロトタイピングが進歩をとげている。
【0004】
積層造形法には、光硬化樹脂法(光造形法)、奮発レーザ光(熱硬化)焼結法、インクジェットノズル堆積法、押出堆積法、切断されたシートを積層する方法など、多種類の方法がある。いずれの方法も、所望の3次元形状を得るために、3次元CADデータを2次元のシート状のデータとして、複数の層を積み重ねるようにしたものである。特に、光硬化樹脂法では、3次元CADデータから2次元スライスデータを作成し、レーザ光を2次元で造形対象物としての樹脂上を走査し、樹脂を硬化させることで造形する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の積層造形法では、所望の造形品の寸法精度を向上するためには、層の数を増やす必要があり、製造時間及びコストが増大することになる。また、樹脂の硬化が順次硬化であるため、硬化の際の収縮により、精度を落とす場合がある。さらに、複雑な構造や空中に浮かぶような部分には、支持物を配置し、加工後にそれを取り除く工程が必要となる。
【0006】
また、処理時間・工程の短縮のために、液晶パネルを用いた一括面露光による光造形法が提案されたものの、紫外線を用いる必要があるため液晶が損傷又は破壊される場合がある。また、この光造形法では、回折光や散乱光が発生し、結像が不鮮明となり、造形物の寸法精度が良くない。
【0007】
本発明は、以上の点に鑑み、精密部品やマイクロマシニング用の製品又は部品などのような小型形状、中型形状の造形からマイクロ形状の造形までカバーできる光造形装置及び光造形方法を提供することを目的とする。
【0008】
本発明は、液晶マスクと可視光を用いて、面露光による非積層での造形を、高い造形自由度、高精度、高速で実現することを目的とする。本発明は、液晶表示階調による造形深さを制御することで、露光像の強度変調を容易とすることを目的とする。
【0009】
また、本発明は、造形データの作成を容易とし、異なる形状の複数部品を同時に作成可能とすることで、多品種少量生産に適した光造形装置及び光造形方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
液晶ディスプレイは、任意の画像を表示できることから、従来作成が困難であった可変マスクとして利用できる。この液晶マスクを用いて、一括面露光を行い、ビーム走査の工程を含まない造形を行うのが、本発明の液晶光造形法の主な特徴である。走査により点から面を作る工程を含まないために、造形時間の短縮と高精度化を達成することができる。また、液晶は、濃淡表示によって透過光の強度を変化することができるため、二次元画像に強度情報を加えた三次元情報を持った像から、一括して立体形状を作成することができる。この点で、積層という2次元から3次元への拡張に不可欠なプロセスを必要としない点は、従来の手法と大きく異なる。さらに画像の取り扱いが容易であることから、AFM等の三次元測定データからの形状を拡大再構成する等の新たな利用法も考えられる。
【0011】
また、液晶により、回折から生じる1次回折光等のノイズ、液晶の光吸収・光照射により熱が発生する場合がある。本発明では、これを抑制又は防止するために、可視光光源と可視光感光樹脂を用いている他、空間周波数フィルターによる1次回折光の除去等の対策をとっている。
【0012】
本発明の第1の解決手段によると、
造形対象物を造形するための可視光を出力する光源と、
2次元情報及び階調情報により透過光又は反射光が制御される液晶マスク部と、
液晶マスク部に、2次元情報及び階調情報を与え、造形対象物の3次元形状を設定する制御部と、
を備え、
前記光源からの可視光が、前記制御部により制御された前記液晶マスク部を透過又は反射し、造形対象物に照射されることにより、3次元形状を形成するようにした光造形装置を提供する。
【0013】
本発明の第2の解決手段によると、
液晶マスク部に、2次元情報及び階調情報を与え、造形対象物の3次元造形形状を設定し、
光源からの可視光を、所定のビーム径で且つ一様又は略一様な強度分布をもつ光に調整し、
調整された光を、液晶マスク部に透過させて又は液晶マスク部で反射させて、造形対象物に照射することにより、3次元形状を形成するようにした光造形方法を提供する。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1に、本発明の光造形装置の構成図を示す。この光造形装置は、光源1、コリメータ部2、1/4波長板3、1/2波長板4、液晶マスク部5、レンズ6、ピンホール7、X−Zステージ8、制御部(PC)9を備える。
【0015】
光源1は、可視光を発生する各種レーザである。この実施の形態では、例えば、大出力が得られること、及び、可視光(例えば、波長488nm)を発生させ液晶に損傷を与えないこと(紫外光では液晶に損傷をあたえる場合がある)から、可視光源のAr+レーザーを用いている。コリメータ部2は、対物レンズ21、ピンホール22、レンズ23等が組み合わせて構成される。コリメータ部2は、光源1からのビーム径を広げLCD52全体又は広範囲を照射できるようにする。また、コリメータ部2は、光強度を全体にわたって均一化する役目もはたしている。1/4波長板3は、円偏光の光を直線偏光に変換するもので、LCD52の手前にある偏光子(z)でのビームエネルギーのロスを減らす。1/2波長板4は、直線偏光に変換した光の偏光方向を変え、LCD52に対して最適なコントラストを得られる方向に変換する。
【0016】
液晶マスク部5は、偏光子(z)51、液晶パネル(LCD)52及び偏光子(z)53を備える。偏光子(z)51は、LCD52に入射する前の非直線偏光成分の光をカットし画像のコントラストを向上させる。LCD52は、例えば、TFT液晶を有し、直接接続されたPC9から出力された画像を表示、表示画像にしたがって一画素ごとに偏光方向を変換し、一様照明された光に偏光の回転角として画像情報を与える。偏光子(y)53は、この偏光子を通過することでLCD52に表示された画像が光の濃淡として変換される。LCD52の画素毎の偏光の回転によってその画素に対応する光の強度が決定される。
【0017】
制御部(PC)9は、液晶マスク部5のLCD52に、2次元情報及び階調情報を与え、造形対象物の3次元造形形状を設定する。例えば、造形物の3次元CADデータに基づき、2次元スライスデータを作成し、その縦方向のデータとしてLCD52の階調データに変換する。LCD52を通過した光を造形対象物10に結像させることで、実質的に複数のスライスデータを用いた露光を、一度の面露光で造形物を作成することになる。
【0018】
レンズ6は、現在ズームレンズを用いており、像の縮小および拡大倍率を変換できる。このレンズ6によって、造形対象物10上にLCD52に表示された画像が結像される。なお、光の方向を調整するために適宜ミラー61を設けることができる。空間周波数フィルター7は、例えば、ピンホールを用いることができる。空間周波数フィルター7は、LCD52によって生じた0次元を除く回折光をカットする。これにより、結像位置での光の干渉による像の劣化を防ぐ。すなわち、0次光は直進するが、それ以外の回折光はBragg条件を満たす方向へすすむので、レンズを通過して光が集光する位置に空間周波数フィルター7(ピンホール)を配置し、主に0次光のみを通過させる。また、空間周波数フィルター7によって2次回折光以降の光についても同様に除去できる。なお、2次以降の回折光については強度が弱くなるため、実際に影響するのは主に1次回折光である。
【0019】
X−Zステージ8は、造形対象物10の位置をレンズによって像が結像する面に正確に配置する。ベースプレート81は、造形対象物10を実際に配置する。下方から光があたるため透明で厚さの薄いガラス、プラスチック等の板を用いる。なお、ここでは、一例として、厚さ150μmのカバーガラスを使用した。造形対象物10は、例えば、光硬化性樹脂を用いられる。ここでは、一例として、可視光に感度を有するように特別に調合された光硬化性樹脂を使用し、そのピーク感度は、488nm付近に調整されている。造形対象物10は、これに限らず、光源1により造形しうる適宜の材料を用いることができる。
【0020】
以下に、本発明の光造形装置及び方法の動作を説明する。
この例では、光源に、Ar+レーザー(λ=488nm)を用い、コリメータ部2により、ビーム径を拡大して入射光とする。1/4波長板3、1/2波長板4を経て、一様な強度分布をもつ入射光は、液晶マスク部5を透過した後、レンズ6を経て空間周波数フィルター7により一次回折光等のノイズを取り除かれる。レンズ6等による縮小光学系のはたらきによりベースプレート81上で液晶画像は、縮小(例えば、9/25)されて結像する。ベースプレート81には造形対象物10として可視光硬化性樹脂が配置され、非積層で材料を硬化させる。
【0021】
以下に、本発明による造形物作成の例を説明する。
LCD52としては、一例として、TFTアクティブマトリクス型画素数800x600pixel、画面サイズ26.40x19.98mm、ピクセルサイズ33x33μm等を用いた。また、光源1としては、アルゴン(Ar+)レーザ(波長488nm、直線偏光、100mW〜1.5W)である。光強度は、300mW、露光時間は2〜10secとした。造形対象物10の使用樹脂は、ウレタンアクリレート系を用いた。
【0022】
図2に、液晶の光透過率の説明図を示す。これによると、強度変調には、70階調程度が利用可能であることがわかる。また、LCD52は、100%に近い遮光性能をもつことがわかる。測定条件としては、LCD52に光を入射し、主に0次光の強度のみを測定することができる。
【0023】
図3に、表示階調と光強度および硬化深さの関係についての説明図を示す。
この図は、液晶の表示階調(色の濃さ)と光強度および硬化深さの関係を示すものである。硬化深さは、Lambert-Beerの法則より照射エネルギーの対数にほぼ比例する。したがって、図より硬化深さは表示階調にほぼ比例することが推測される。表示階調と硬化深さの関係の確認をかねて、基本的な形状を幾つか試作した。ここに示す結果は、いずれも非積層プロセスで形状を創成したものである。
【0024】
図4に、液晶マスクに用いた画像の図を示す。図5に、各液晶マスクにより造形された形状の図を示す。
両方の図で寸法の縮尺が異なるのは、液晶画像が縮小されているためである。各図において、(a)は白抜きのアルファベット、(b)は中心に向かって同心状に階調が等間隔で変化する正方形、(c)にはAFMによる格子縞の3次元測定データを用いた。造形条件は、一例として、入射光強度が500mW、露光時間はそれぞれ1秒、4秒、4秒である。その結果、二次元形状の造形、三次元形状の造形、三次元測定データからの形状復元の可能性を確認できた。
【0025】
図6に、光リング式変位センサによる非接触で計測した硬化形状の説明図を示す。図中(a)は、文字形状の測定結果を示す。図中(b)は、四角錘形状の測定結果を、斜め視点及び正面プロファイルを示す。なお、光リング式変位センサは、例えば、高谷裕浩他:非接触光造形3D形状計測に関する研究、精密工学会秋季大会学術講演論文集(1996)559等参照のこと。特に、図中(b)に示すような四角錐の硬化形状から、階調と硬化深さの関係が図3に示した推測値とよく一致することが分かる。これらの結果から、硬化深さは階調にほぼ比例して変化していることが確認できた。
【0026】
また、図7は、液晶マスクに用いた他の画像の図(上)とSEM観察像を示す図(下)である。図中(a)はアルファベット、(b)はチューブについて、それぞれ示される。なお、ここでは、露光時間は4秒である。このように、3次元造形がなされていることが確認できる。
【0027】
図8は、多品種同時生産についての入力画像とSEM観察像を示す図である。露光時間4秒、歯車厚さ1mmで、複数種歯車が造形された。なお、製作時間は従来の1/10程度であった。
【0028】
以上のように、本発明によって形状の試作を行い、硬化深さと表示階調の関係から、非積層で三次元形状を自由に造形できることを確認した。また、三次元測定データの復元や高精度造形が、本発明で可能であることを確認した。
【0029】
なお、本発明において、液晶パネルに反射部又は反射鏡を設けることにより、光源からの入射光を反射して、造形対象物に照射するような反射型の光造形装置及び方法とすることができる。また、上述の実施の形態において、使用波長、液晶マスクの大きさや画素数等のスペック、造形対象物の材料・形状・大きさ等は、一例を挙げたに過ぎず、適宜変更、修正することができる。
【0030】
【発明の効果】
本発明によると、以上のように、精密部品やマイクロマシニング用の製品又は部品などのような小型形状、中型形状の造形からマイクロ形状の造形までカバーできる光造形装置及び光造形方法を提供することができる。
【0031】
本発明によると、液晶表示階調による造形深さを制御することで、露光像の強度変調を容易とすることができる。本発明によると、液晶マスクと可視光を用いて、面露光による非積層での造形を、高い造形自由度、高精度、高速で実現することができる。
【0032】
本発明によると、造形データの作成を容易とし、異なる形状の複数部品を同時に作成可能とすることで、多品種少量生産に適した光造形装置及び光造形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光造形装置の構成図。
【図2】液晶の光透過率の説明図。
【図3】表示階調と光強度および硬化深さの関係についての説明図。
【図4】液晶マスクに用いた画像の図。
【図5】各液晶マスクにより造形された形状の図。
【図6】光リング式変位センサによる非接触で計測した硬化形状の説明図。
【図7】液晶マスクに用いた他の画像の図上とSEM観察像を示す図。
【図8】多品種同時生産についての入力画像とSEM観察像を示す図。
【符号の説明】
1 光源
2 コリメータ部
3 1/4波長板
4 1/2波長板
5 液晶マスク部
6 レンズ
7 ピンホール
8 X−Zステージ
9 制御部(PC)
10 造形対象物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical modeling apparatus and an optical modeling method, and in particular, an optical modeling apparatus that uses a visible light source and a liquid crystal panel to optically model a three-dimensional shape of a modeling target (for example, a resin) in a non-laminated and integrated manner. And an optical modeling method.
[0002]
[Prior art]
Stereolithography technology is widely used, for example, in fields such as trial production of products or parts in the medical and industrial fields and simple mold creation for small-scale production. Expectations for higher accuracy and expansion of application fields Is growing. In addition, since the optical modeling technique is a technique used in various fields, the shape, size, and material of the target product vary.
[0003]
In general, in the development of new products such as industrial products, it is important to shorten the lead time. The product and its parts are usually designed by CAD, and it is desired to create a prototype accurately and quickly at the development stage. Conventionally, rapid prototyping by the additive manufacturing method has progressed in addition to the technology of directly cutting products or parts by machining with NC machine tools based on three-dimensional CAD data.
[0004]
There are many kinds of additive manufacturing methods such as photo-curing resin method (optical modeling method), spurious laser beam (thermosetting) sintering method, inkjet nozzle deposition method, extrusion deposition method, and method of laminating cut sheets. There is. In either method, in order to obtain a desired three-dimensional shape, a plurality of layers are stacked using three-dimensional CAD data as two-dimensional sheet-like data. In particular, in the photo-curing resin method, modeling is performed by creating two-dimensional slice data from three-dimensional CAD data, scanning a resin as a modeling object in two dimensions with a laser beam, and curing the resin.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional additive manufacturing method, in order to improve the dimensional accuracy of a desired shaped article, it is necessary to increase the number of layers, which increases manufacturing time and cost. In addition, since the resin is sequentially cured, the accuracy may be reduced due to shrinkage during the curing. Furthermore, it is necessary to place a support on a complicated structure or a part that floats in the air and to remove it after processing.
[0006]
Further, in order to shorten the processing time and process, an optical modeling method using batch surface exposure using a liquid crystal panel has been proposed. However, since it is necessary to use ultraviolet rays, the liquid crystal may be damaged or destroyed. Further, in this stereolithography method, diffracted light and scattered light are generated, the image is unclear, and the dimensional accuracy of the modeled object is not good.
[0007]
In view of the above points, the present invention provides a stereolithography apparatus and a stereolithography method that can cover from small-sized and medium-sized modeling to micro-shaped modeling such as precision parts, micromachining products or parts. With the goal.
[0008]
An object of this invention is to implement | achieve non-stacking modeling by surface exposure with a high modeling freedom degree, high precision, and high speed using a liquid crystal mask and visible light. An object of the present invention is to facilitate intensity modulation of an exposure image by controlling a modeling depth based on a liquid crystal display gradation.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a stereolithography apparatus and a stereolithography method suitable for high-mix low-volume production by facilitating creation of modeling data and enabling a plurality of parts having different shapes to be created simultaneously. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Since the liquid crystal display can display an arbitrary image, it can be used as a variable mask, which has been difficult to produce conventionally. The main feature of the liquid crystal stereolithography method of the present invention is that this liquid crystal mask is used to perform collective surface exposure and perform modeling that does not include a beam scanning step. Since it does not include a step of creating a surface from a point by scanning, it is possible to achieve a reduction in modeling time and an increase in accuracy. In addition, since the liquid crystal can change the intensity of transmitted light by grayscale display, a three-dimensional shape can be created collectively from an image having three-dimensional information obtained by adding intensity information to a two-dimensional image. In this respect, it is very different from the conventional method in that it does not require the process that is indispensable for expansion from 2D to 3D. Furthermore, since the handling of images is easy, a new use method such as enlarging and reconstructing the shape from three-dimensional measurement data such as AFM can be considered.
[0011]
In addition, the liquid crystal may generate heat due to noise such as first-order diffracted light resulting from diffraction and light absorption / light irradiation of the liquid crystal. In the present invention, in order to suppress or prevent this, in addition to using a visible light source and a visible light photosensitive resin, measures such as removal of first-order diffracted light by a spatial frequency filter are taken.
[0012]
According to the first solution of the present invention,
A light source that outputs visible light for modeling a modeling object;
A liquid crystal mask part in which transmitted light or reflected light is controlled by two-dimensional information and gradation information;
A control unit that gives two-dimensional information and gradation information to the liquid crystal mask unit, and sets the three-dimensional shape of the modeling object;
With
Provided is an optical modeling apparatus in which a visible light from the light source transmits or reflects through the liquid crystal mask controlled by the control unit and is irradiated on a modeling target to form a three-dimensional shape. .
[0013]
According to the second solution of the present invention,
Give two-dimensional information and gradation information to the liquid crystal mask part, set the three-dimensional modeling shape of the modeling object,
Adjusting visible light from the light source to light having a predetermined beam diameter and a uniform or substantially uniform intensity distribution;
Provided is an optical modeling method in which a three-dimensional shape is formed by irradiating a modeling object with adjusted light transmitted through a liquid crystal mask part or reflected by a liquid crystal mask part.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a configuration diagram of the optical modeling apparatus of the present invention. This stereolithography apparatus includes a
[0015]
The
[0016]
The liquid crystal mask unit 5 includes a polarizer (z) 51, a liquid crystal panel (LCD) 52, and a polarizer (z) 53. The polarizer (z) 51 cuts off the light of the non-linearly polarized component before entering the
[0017]
The control unit (PC) 9 gives two-dimensional information and gradation information to the
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The operation of the optical modeling apparatus and method of the present invention will be described below.
In this example, Ar + laser (λ = 488 nm) is used as the light source, and the beam diameter is enlarged by the
[0021]
Below, the example of modeling object creation by this invention is demonstrated.
As an example of the
[0022]
FIG. 2 is an explanatory diagram of the light transmittance of the liquid crystal. This shows that about 70 gradations can be used for intensity modulation. It can also be seen that the
[0023]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between display gradation, light intensity, and curing depth.
This figure shows the relationship between the display gradation (color density) of the liquid crystal, the light intensity, and the curing depth. The curing depth is almost proportional to the logarithm of irradiation energy according to Lambert-Beer's law. Therefore, it is estimated from the figure that the curing depth is substantially proportional to the display gradation. Several basic shapes were prototyped in order to confirm the relationship between display gradation and curing depth. The results shown here are all created by a non-lamination process.
[0024]
FIG. 4 shows an image used for the liquid crystal mask. In FIG. 5, the figure of the shape shape | molded by each liquid crystal mask is shown.
The reason why the scales are different in both figures is that the liquid crystal image is reduced. In each figure, (a) is an open alphabet, (b) is a square whose gradation changes equidistantly toward the center, and (c) uses 3D measurement data of lattice fringes by AFM. . The modeling conditions are, for example, an incident light intensity of 500 mW and exposure times of 1 second, 4 seconds, and 4 seconds, respectively. As a result, two-dimensional shape modeling, three-dimensional shape modeling, and the possibility of shape restoration from three-dimensional measurement data were confirmed.
[0025]
FIG. 6 is an explanatory diagram of the cured shape measured in a non-contact manner by the optical ring displacement sensor. In the figure, (a) shows the measurement result of the character shape. (B) in the figure shows the measurement result of the quadrangular pyramid shape, the oblique viewpoint and the front profile. For the optical ring type displacement sensor, see, for example, Hirohiro Takatani et al .: Research on non-contact stereolithography 3D shape measurement, Academic Lecture Meeting of the Japan Society for Precision Engineering (1996) 559, etc. In particular, it can be seen from the cured shape of the quadrangular pyramid as shown in (b) in the figure that the relationship between the gradation and the cured depth is in good agreement with the estimated value shown in FIG. From these results, it was confirmed that the curing depth changed almost in proportion to the gradation.
[0026]
FIG. 7 shows another image (upper) used for the liquid crystal mask and an SEM observation image (lower). In the figure, (a) shows the alphabet, and (b) shows the tube. Here, the exposure time is 4 seconds. In this way, it can be confirmed that three-dimensional modeling is performed.
[0027]
FIG. 8 is a diagram showing an input image and an SEM observation image for multi-product simultaneous production. Multiple gears were formed with an exposure time of 4 seconds and a gear thickness of 1 mm. The production time was about 1/10 of the conventional time.
[0028]
As described above, a prototype of a shape was made according to the present invention, and it was confirmed that a three-dimensional shape could be freely formed in a non-stacked manner from the relationship between the curing depth and the display gradation. In addition, it was confirmed that the present invention enables restoration of three-dimensional measurement data and high-precision modeling.
[0029]
In addition, in this invention, it can be set as the reflection-type optical modeling apparatus and method of reflecting incident light from a light source and irradiating a modeling target object by providing a reflective part or a reflective mirror in a liquid crystal panel. . In the above-described embodiment, the specifications such as the wavelength used, the size of the liquid crystal mask and the number of pixels, the material / shape / size, etc. of the object to be modeled are merely examples, and may be changed or modified as appropriate. Can do.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, it is possible to provide an optical modeling apparatus and an optical modeling method capable of covering from small-sized and medium-sized modeling to micro-shaped modeling such as precision parts, products or parts for micromachining. Can do.
[0031]
According to the present invention, intensity modulation of an exposure image can be facilitated by controlling the modeling depth based on the liquid crystal display gradation. According to the present invention, using a liquid crystal mask and visible light, non-laminated modeling by surface exposure can be realized with high modeling freedom, high accuracy, and high speed.
[0032]
According to the present invention, it is possible to provide a stereolithography apparatus and a stereolithography method suitable for high-mix low-volume production by facilitating creation of modeling data and simultaneously creating a plurality of parts having different shapes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical modeling apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of light transmittance of liquid crystal.
FIG. 3 is an explanatory diagram regarding the relationship between display gradation, light intensity, and curing depth.
FIG. 4 is a diagram of an image used for a liquid crystal mask.
FIG. 5 is a diagram of a shape formed by each liquid crystal mask.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a cured shape measured in a non-contact manner by an optical ring type displacement sensor.
FIG. 7 is a diagram showing another image used for the liquid crystal mask and a SEM observation image.
FIG. 8 is a diagram showing an input image and an SEM observation image for multi-product simultaneous production.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
10 Modeling object
Claims (5)
前記光源からの光のビーム径を広げ、及び、光強度を均一化するコリメータと、
前記コリメータからの円偏光の光を直線偏光に変換し、偏光子でのビームエネルギーロスを減らすための1/4波長板と、
前記1/4波長板からの直線偏光に変換した光の偏光方向を変える1/2波長板と、
2次元情報及び階調情報により透過光又は反射光が制御される液晶マスク部と、
前記液晶マスク部に、2次元情報、及び、造形対象物の造形深さにほぼ比例する階調情報を与えて造形対象物の3次元形状を設定する制御部と、
を備え、
前記液晶マスク部は、
前記制御部から出力された2次元情報及び階調情報に基づく画像を濃淡表示し、表示画像にしたがって画素ごとに光の偏光方向を変換し、偏光の回転角として画像情報を与える液晶パネルと、
前記液晶パネルに入射する光の非直線偏光成分をカットし、画像のコントラストを向上させるための第1の偏光子と、
前記液晶パネルの画素毎の偏光の回転によってその画素に対応する光の強度が決定され、前記液晶パネルに表示された画像が光の濃淡として変換されるための第2の偏光子と
を有し、
前記光源からの可視光が、前記制御部により制御された前記液晶マスク部を透過又は反射し、前記液晶パネルに濃淡表示された画像が前記第2の偏光子を経て造形対象物に照射されることにより、前記3次元形状を面露光による非積層で造形するようにした光造形装置。A light source that outputs visible light for modeling a modeling object;
A collimator that widens the beam diameter of the light from the light source and equalizes the light intensity;
A quarter-wave plate for converting circularly polarized light from the collimator into linearly polarized light and reducing beam energy loss in the polarizer;
A half-wave plate for changing the polarization direction of light converted to linearly polarized light from the quarter-wave plate;
A liquid crystal mask part in which transmitted light or reflected light is controlled by two-dimensional information and gradation information;
Said the liquid crystal mask portion, two-dimensional information, and a control unit for setting the three-dimensional shape of the shaped object by applying a gradation information substantially proportional to the shaping depth of the shaped object,
With
The liquid crystal mask part is
A liquid crystal panel that displays grayscale images based on the two-dimensional information and gradation information output from the control unit, converts the polarization direction of light for each pixel according to the display image, and provides image information as a rotation angle of polarization;
A first polarizer for cutting a nonlinear polarization component of light incident on the liquid crystal panel and improving an image contrast;
A second polarizer for determining an intensity of light corresponding to the pixel by rotation of polarization for each pixel of the liquid crystal panel, and converting an image displayed on the liquid crystal panel as light shading;
Have
Visible light from the light source is transmitted or reflected through the liquid crystal mask controlled by the control unit, and an image displayed in gray on the liquid crystal panel is irradiated to the modeling object through the second polarizer. Thereby, the optical modeling apparatus which modeled the said three-dimensional shape by the non-lamination by surface exposure .
光源からの可視光を、所定のビーム径で且つ一様又は略一様な強度分布をもつ光に調整し、
調整された円偏光の光を直線偏光に変換し、
直線偏光に変換した光の偏光方向を変え、
偏光方向が変えられた光の非直線偏光成分をカットして、液晶パネルに入射し、
液晶パネルは、与えられた2次元情報及び階調情報に基づく画像を濃淡表示し、表示画像にしたがって画素ごとに光の偏光方向を変換し、偏光の回転角として画像情報を与え、
液晶パネルの画素毎の偏光の回転によってその画素に対応する光の強度が決定され、液晶パネルに表示された画像が光の濃淡として変換し、
光源からの可視光が、液晶パネルを透過又は反射し、液晶パネルに濃淡表示された画像が光の濃淡に変換されて造形対象物に照射されることにより、前記3次元形状を面露光による非積層で造形するようにした光造形方法。 A liquid crystal panel, two-dimensional information, and sets the three-dimensional shape of the shaped object by applying a gradation information substantially proportional to the shaping depth of the shaped object,
Adjust visible light from the light source to light with a predetermined beam diameter and uniform or substantially uniform intensity distribution,
Convert the adjusted circularly polarized light into linearly polarized light,
Change the polarization direction of the light converted to linearly polarized light,
Cut the non-linear polarization component of the light whose polarization direction has been changed, enter the liquid crystal panel,
The liquid crystal panel displays a grayscale image based on the given two-dimensional information and gradation information, converts the polarization direction of light for each pixel according to the display image, and gives image information as a rotation angle of polarization,
The intensity of light corresponding to the pixel is determined by the rotation of polarized light for each pixel of the liquid crystal panel, and the image displayed on the liquid crystal panel is converted as light shading,
Visible light from the light source is transmitted or reflected through the liquid crystal panel, and the image displayed on the liquid crystal panel is converted into light shading and irradiated on the object to be modeled. An optical modeling method in which modeling is performed by lamination.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000065006A JP3784232B2 (en) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | Stereolithography apparatus and stereolithography method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000065006A JP3784232B2 (en) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | Stereolithography apparatus and stereolithography method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001252986A JP2001252986A (en) | 2001-09-18 |
JP3784232B2 true JP3784232B2 (en) | 2006-06-07 |
Family
ID=18584605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000065006A Expired - Fee Related JP3784232B2 (en) | 2000-03-09 | 2000-03-09 | Stereolithography apparatus and stereolithography method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3784232B2 (en) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1692296A (en) * | 2002-09-30 | 2005-11-02 | 独立行政法人科学技术振兴机构 | Cofocal microscope, fluorescence measuring method and polarized light measuring metod using cofocal microscope |
JP4183119B2 (en) | 2003-02-19 | 2008-11-19 | 大日本スクリーン製造株式会社 | Stereolithography equipment |
JP4669843B2 (en) * | 2004-09-29 | 2011-04-13 | ナブテスコ株式会社 | Stereolithography apparatus and stereolithography method |
US8134081B2 (en) | 2006-01-13 | 2012-03-13 | Panasonic Corporation | Three-dimensional circuit board and its manufacturing method |
WO2007105535A1 (en) | 2006-03-14 | 2007-09-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electronic part mounting structure and its manufacturing method |
DE102006019964C5 (en) | 2006-04-28 | 2021-08-26 | Envisiontec Gmbh | Device and method for producing a three-dimensional object by means of mask exposure |
JP2008064903A (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Device for producing three-dimensional structure, device for producing sensor, and method for producing three-dimensional structure |
KR100921939B1 (en) * | 2007-11-01 | 2009-10-15 | 한국산업기술대학교산학협력단 | Stereolithography Device Using Laser Pick-UP Unit and Method for Forming Structure Using the Device |
EP2335848B1 (en) | 2009-12-04 | 2014-08-20 | SLM Solutions GmbH | Optical irradiation unit for an assembly for producing workpieces by means of irradiating powder layers with laser radiation |
EP3078482B1 (en) * | 2013-12-03 | 2019-05-22 | Prismlab China Ltd. | Photo-curing 3d printing device and imaging system thereof |
TWI628208B (en) * | 2015-01-12 | 2018-07-01 | 國立台灣科技大學 | Method of stereolithography fabrication and photo-curing photosensitive resin |
WO2017130290A1 (en) * | 2016-01-26 | 2017-08-03 | 株式会社オルタステクノロジー | Head-up display apparatus |
CN106363908B (en) * | 2016-09-05 | 2019-05-03 | 深圳市鹏安视科技有限公司 | A kind of optical imaging system of photocuring 3D printer |
CN111070687B (en) * | 2019-12-31 | 2022-03-18 | 上海天马微电子有限公司 | 3D printing device |
CN117331285A (en) * | 2023-09-28 | 2024-01-02 | 暨南大学 | Method for producing patterns with any line width and any space by discrete digital mask photoetching |
-
2000
- 2000-03-09 JP JP2000065006A patent/JP3784232B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001252986A (en) | 2001-09-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3784232B2 (en) | Stereolithography apparatus and stereolithography method | |
DE102012104900B4 (en) | Method and device for the layer-by-layer production of thin volume grating stacks, beam combiner for a holographic display as well as solar module and hologram component | |
TW214584B (en) | ||
WO2016015389A1 (en) | Femtosecond laser two-photon polymerization micro/nanoscale machining system and method | |
US20220168960A1 (en) | Method of 3d printing shapes defined by surface equations | |
JP4669843B2 (en) | Stereolithography apparatus and stereolithography method | |
EP3208075A1 (en) | Optical method and apparatus for fabricating a structured object | |
Boniface et al. | Volumetric helical additive manufacturing | |
CN113165225B (en) | Method of forming waveguide portion having predetermined shape | |
Ren et al. | Aberration-free large-area stitch-free 3D nano-printing based on binary holography | |
Gandhi et al. | 3D microfabrication using bulk lithography | |
US20220001601A1 (en) | Systems, devices, and methods for kaleidoscopic 3d printing | |
CN209224557U (en) | Light-cured type 3D printing equipment and its image exposing system | |
JPH06198747A (en) | Three-dimensional body forming device due to optical shaping technique | |
Zhou et al. | Fabrication technology for light field reconstruction in glasses-free 3D display | |
EP4123347A1 (en) | Method for replicating large-area holographic optical element, and large-area holographic optical element replicated thereby | |
Oda et al. | Microfabrication of overhanging shape using LCD microstereolithography | |
TW201914796A (en) | Apparatus of additive manufacturing using optical pickup head | |
Suryatal et al. | A Stereolithography System for 3D Low Cost Components. | |
Steenhusen et al. | Strategies for rapid and reliable fabrication of microoptical structures using two-photon polymerization | |
JPH09141747A (en) | Photo-setting shaping apparatus of uniformized surface exposure type | |
Jakkinapalli et al. | Femtosecond 3D photolithography through a digital micromirror device and a microlens array | |
Bauckhage et al. | Curing subpixel structures for high-resolution printing of translucent materials using standard DLP-projectors | |
Voisiat et al. | DLIP holographic structuring: from basic concept to advanced monitoring methods and industrial scale production | |
US11679533B2 (en) | Methods and apparatuses for casting optical polymer films |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050314 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050329 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050524 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060307 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060314 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3784232 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100324 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110324 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110324 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120324 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130324 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130324 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140324 Year of fee payment: 8 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |